基于Kolmogorov熵权的城市轨道交通网络节点重要度识别算法

近年来,我国城市轨道交通系统中延误、破坏事件及运营故障等事故频发,事故站点大多客流量大且交通繁忙,因此识别城市轨道交通网络中的重要节点对于保证网络的正常运营具有重要意义。为更真实地反映现实世界城市轨道交通网络的实际情况,本文首先基于复杂网络理论构建城市轨道交通网络模型;其次在网络拓扑指标的基础上,考虑车站自身属性及其周边区域环境对节点重要度的影响,构建城市轨道交通网络指标评价体系;然后基于混沌时间序列与混沌系统指标序列的共性,采用Kolmogorov熵权法计算指标权重,结合城市轨道交通网络指标数据得到城市轨道交通网络节点重要度排序;最后,通过成都地铁网络的实例研究结果表明:排序前10的关键车站均位于城市中心城区且皆为换乘站点。与信息熵权法结果进行对比发现,本文方法有8个共同的关键站点,且排序结果分布更集中、极端值更少、得分差距更小。研究成果有助于更好地理解城市轨道交通网络的结构特征,为预防事故、优化运营提供了重要理论依据。

基于信息元结构编码的城市轨道交通应急处置流程可视化方法研究

为解决复杂业务流程可视化展示时信息量大、结构层次混乱等问题,文中提出一种基于信息元结构编码的层级可视化方法。以轨道交通中触网失电处置流程为例展开分析,首先构建信息元网络拓扑结构,将“操作任务-信息图元”之间的关系转化为“信息图元-信息图元”关联的量化数据,建立信息图元网络节点综合重要度评价指标,实现对复杂业务流程关键信息的显示层级划分,并对划分结果设计眼动实验。实验表明,基于信息元结构分级的界面搜索效率更高,可降低用户认知负荷,提高任务操作绩效,验证了所提方法的合理性与有效性。

成渝轨道交通网络演化及对综合交通复杂网络特性的影响研究

为探究成渝地区双城经济圈交通一体化建设过程中轨道交通的作用,构建成渝地区道路与轨道双层交通网络模型,分析轨道交通网络演化及对综合交通复杂网络特性的影响。研究结果表明,2015—2021年,综合交通网络节点与连边不断增加,节点平均度逐年提升,孤立节点逐渐减少,网络复杂度逐步提升并向均衡化发展;轨道交通网络的加入增强了原有道路关联,并使得站点重要性顺序发生变化,轨道交通站点在网络中重要性显著提升;轨道交通站点和线路的增加引发社区数产生先减少后增加的变化,简化网络显示社区数由5降为4,局部地区社区归属发生变化;不同承载能力下,网络性能受动态的网络介数中心性破坏策略损害较大,基于节点度值的破坏策略在干扰前期破坏性更为明显且强烈。

广州市轨道交通场站综合体发展30年回顾与展望

轨道交通场站综合体规划和建设对筹集轨道交通建设资金、促进轨道交通线网发展、提升车站周边开发强度、避免土地低效利用具有重要意义。全面回顾过去30年广州市轨道交通场站综合体发展历程,总结各阶段轨道交通线网及场站综合体演变特征和实施效果。场站综合体政策机制、理论和实践方法逐渐成熟,同时取得了较好的经济、社会和交通效益。指出建设粤港澳大湾区背景下广州市城市轨道交通建设面临新的机遇与挑战,同时展望了未来轨道交通场站综合体发展的新趋势和新思路,包括从网络节点向四网融合延伸、场站综合体由点向面连片开发、存量资源的腾挪改造和开发利用、更加注重质量效益和可持续发展,以及由城市到都市圈推广应用。从发展历程来看,对场站综合体发展演变特征、机制政策和规划编制的持续探索有效保障了广州市轨道交通规划和建设、带动了城市社会经济发展。

基于强化学习的CBTC系统信息安全风险评估方法

城市轨道交通属于十分重要的基础设施,具有较高的安全苛求特性,其核心的列车运行控制系统信息安全是当前的研究热点。该文采用了复杂网络和强化学习等方法,研究了当前城市轨道交通中应用最为广泛的基于通信的列车运行控制(Communication Based Train Control,CBTC)系统的信息安全风险。分析了CBTC系统的信息安全风险要素;基于复杂网络理论构建了CBTC系统的信息域模型;研究了CBTC系统的信息安全风险量化方法,并基于强化学习评估了系统最严峻的风险面。经过实例验证,提出的方法能够有效评估CBTC系统的信息安全。

城市轨道交通网络复杂特性及鲁棒性研究

研究城市轨道交通网络结构特性对轨道运营过程中的维护管理工作具有重要意义。基于复杂网络理论,采用Space-L建模方法构建重庆市轨道交通网络拓扑结构,实证分析该网络的复杂特性;选取网络效率和最大连通子图比例两项指标,仿真分析网络面临攻击的剩余功能,进而评估其鲁棒性。结果表明:重庆市轨道交通网络属于无标度网络和小世界网络模型,面临突发运营事件具有一定的鲁棒性,但在蓄意攻击状态下的鲁棒性较差;要重视网络中度值较大、介数较大站点风险防范措施的建设。研究结果可为重庆市轨道交通日常运营维护工作提供数据参考。

改进TOPSIS法的武汉城市轨道交通节点重要度评估

随着城市轨道交通规模的不断发展,如何快速有效地挖掘重要站点对轨道交通的安全运营具有重要意义。以2021年底武汉城市轨道交通为研究对象,运用Space-L方法构建武汉地铁网络拓扑结构;考虑节点所处的局部环境和节点在网络中的全局属性,引入进行网页排名的PageRank算法,分析了客流量对地铁站点的影响;最后通过基于余弦相似性TOPSIS法代替传统TOPSIS法来解决节点重要度排序的问题。研究结果表明:武汉城市轨道交通网络为无标度网络,整个线路呈现出小环线、长放射线的模式,放射线过长会造成长距离通勤放射线过分依赖市中心的换乘,易造成客流的不均衡;重要度排名靠前的车站在轨道交通网络中拥有着较多的邻居节点、位置相对中心化、客流量较大且具有较高的局部重要性和全局重要性;与单一指标评估结果相比,笔者方法更加全面客观并赋予了不同属性指标权重,使得评价更加全面,且能在一定程度上改善因欧式距离失效而产生的逆序现象。

重庆市城市轨道交通与公共汽车换乘距离适宜性研究

合理确定城市轨道交通与公共汽车换乘距离有利于提升公共交通换乘服务质量和一体化发展水平。运用复杂网络理论,构建不同换乘距离下的城市轨道交通–公共汽车耦合网络,分别从整体结构和个体结构层面建立分析指标体系,测度并描述耦合网络的运行效率和结构特征,为制定不同类型城市轨道交通车站与公共汽车的适宜换乘距离提供量化标准。结果表明:网络整体换乘效率及城市轨道交通换乘骨干作用的提升程度随着换乘距离的增加越来越不明显。重庆市城市轨道交通环线以内以及城市外围组团中心片区内部的城市轨道交通枢纽车站的适宜换乘距离区间为50m以内,其余一般性城市轨道交通车站为100m以内。进而从车站调整、线路延长和线路新增三方面提出接驳性公共汽车站与线路的布局优化策略。

天津轨道交通复杂网络和应急选址研究

天津已逐步形成轨道交通网络化运营模式,但各线路间的应急管理相对独立、协同性差,导致应急资源利用效率低,应急响应不及时。建立基于11条天津轨道交通线路的复杂网络模型,对其进行统计特性分析,开展车站站点失效的脆弱性研究。在考虑需保护的脆弱站点的基础上,建立适用于天津轨道交通网络化运营条件下的应急设施中心选址模型,确定应急设施中心共计26个,同时明确其覆盖范围。选址结果可提高未来线网的应急效率,其分析过程适用于其他轨道交通网络。

城市轨道交通灾害链演化概率研究

由于城市轨道交通空间结构的复杂性,灾害的形成与发生具有链式规律,灾害链的发生通常比单一灾害造成更大的损失和影响。因此,提出灾害链演化概率计算模型,分析不同灾害形成灾害链的演化概率,为提高轨道交通的安全运营提供参考。首先,根据灾害链的形成机理,利用Jaccard指数计算灾害事件间的致灾率,分析灾害间的关联度,并根据贝叶斯的链式法则计算每条灾害链传递的概率以及由单一灾害构成灾害链网络的演化概率,构建灾害链演化概率模型。然后,基于收集的城市轨道交通在运营过程中的各类灾害事件历史案例,对案例中的灾害事件进行提取分析,进一步构建灾害链网络模型。最后,以各个灾害为输入节点,分别构建单一灾害链网络模型,以城市轨道交通设备故障灾害链为例,结合提出的概率演化模型计算其演化概率,再对各类灾害链演化概率结果进行分析。研究结果表明,设备故障入度为45,出度为294,平均与各个节点有30.82次传递关系,在灾害链网络传递过程中具有较高的重要性;设备故障灾害链的演化概率为0.405,造成运营受阻和人员伤亡的概率最大,在轨道交通运营过程中应重点防治此类灾害的演化传递。

双向中断下城市轨道交通关键站点识别方法研究

针对现有城市轨道交通网络关键站点识别方法对站点双向中断场景下列车运行交路调整过程考虑不足的问题,提出一种双向中断下城市轨道交通网络关键站点识别方法。假设站点失效情况为双向中断运营,根据线网中折返站点布设情况确定节点失效范围。从网络连通性、网络拓扑特性和站点自身属性3方面选取评价指标,采用TOPSIS法综合评价城市轨道交通网络站点重要度,选取成都地铁网络作为实例,识别成都地铁网络关键站点。结果表明,成都地铁网络关键站点主要分布在环线与射线相交区域的换乘站;识别结果中部分非换乘站点的重要度会由于其折返区段内包含其他重要车站得到提升,本文提出的方法能够识别出部分原节点移除法下容易忽略的站点,使评价结果更符合实际。

城市轨道交通网络攻击策略和脆弱性分析

突发事件会威胁网络正常运营,为预防其对城市轨道交通网络结构造成影响,采用复杂网络相关理论研究轨道交通网络的脆弱性。首先,构建轨道交通网络拓扑结构,提出节点重要度和边重要度计算方法,识别轨道交通网络的关键节点和关键边并分析其特征。其次,以最大连通子图比和网络效率为脆弱性评价指标,分析轨道交通网络在节点攻击、边攻击和混合攻击三种攻击方式下的脆弱性。以北京轨道交通网络为例,探索轨道交通网络的脆弱性。结果表明:轨道交通网络关键节点和关键边连续失效会造成网络迅速崩溃。蓄意攻击对轨道交通网络的破坏程度显然大于随机攻击。相比传统的边攻击和节点攻击,混合攻击下轨道交通网络表现出较强的脆弱性。

城市轨道交通网络发展演化的复杂性

城市轨道交通网络的健康发展对于城市的可持续发展、促进城市经济发展和提高城市居民的生活质量都具有重要的意义。文章围绕城市轨道交通网络发展的主题展开探究,阐述了城市轨道交通网络的概念,分析发展城市轨道交通的价值,详细介绍了城市轨道交通发展演化的复杂性,并结合案例提出一系列有效的控制方法,包括规划和设计、高效管理和运营、技术创新和智能化应用等,以期不断提高城市轨道交通网络的运行效率和安全性,降低网络的复杂度,为城市交通运输作出积极贡献。

城市轨道交通网络演化研究-以西安为例

交通运输网络的稳定发展有助于增强系统韧性与可靠性。基于复杂网络理论,使用Space-L网络建模方法构建了西安地铁加权网络模型,通过全局与局部指标计算,本文评估了西安地铁网络时空演化特征。结果发现:(1)随着时间演化结构不断完善,西安地铁网络连通性与韧性有显著的提高。(2)在初期发展阶段,网络密度增加,提高了可访问性得到了提高,然而单个站点的重要性是两极化的,少数站点具有较高的节点中心性,预计新建线路环线的开通,可以进一步提高网络韧性与服务能力,更好地缓解拥堵。(3)随着周期增加及网络结构的完善总体趋势逐渐趋于右长尾的正态分布,西安地铁网络属于良性发展。

上海市轨道交通网络可靠性研究

城市轨道交通网络是由大量相互作用的单元构成的复杂系统。为增加城市轨道交通对突发事故的应变能力,提升运营效率,基于复杂系统理论探讨轨道交通网络的可靠性。以上海轨道交通网络为研究对象,采用空间L方法系统分析其网络特征参量,从最大连通子图的相对大小、网络全局效率、网络局部效率等3项指标分析网络的可靠性,并就该网络受到随机攻击和蓄意攻击的情景分析这些指标的变化。模拟结果表明,上海轨道交通网络为无标度网络,蓄意攻击对网络可靠性造成更大的破坏,站点的度值与其重要性并不呈现绝对的正比关系。在轨道交通的规划、建设、运营中,应加强对关键站点的管理和保护。

城市轨道交通网络性能分析

随着新线的建设,城市轨道交通网络规模不断扩大,不同时期的网络特征不同,以北京为例分析发展变化规律,可以为轨道交通网络化运营提供建议.根据复杂网络理论,首先对比了北京市轨道交通规划路网和目前运营路网的网络特征值,分析了特征值的变化规律,得出规划路网的平均度、聚集系数、平均最短距离等指标均有所增大,但由于服务半径扩大,网络效率略有下降.然后针对重要节点失效和线路失效,对比了失效后的网络弹性,并确定了网络中的重要节点.结果表明:节点失效和线路失效对规划路网的影响较小,部分车站的重要度随着网络完善而发生改变,对于运营路网,必须保障重要节点的可靠性.

城市轨道交通系统网络复杂性研究

随着交通拥堵的加剧,轨道交通以其快速、大运量的特点得到了青睐,其运营里程迅猛增加且在一定范围内呈现网络化运营趋势.轨道交通网络复杂性研究正在经历从单一网络静态拓扑结构扩展至多层网络动态分配特征的深入过程.在介绍拓扑结构与交通流网络的表示方法和网络复杂性评价指标的基础上,归纳轨道交通网络具有小世界、层次性及站间距幂律分布等静态拓扑特性,呈现明显幂律行为的数量分布及时空集聚等交通流特征.针对轨道交通系统的多层网络研究表明网络负载基本符合幂律分布.研究深化了对轨道交通运行机理的认知,有助于真实网络的预测和控制工作,为探索轨道交通网络化运营、一体化发展条件下客流预测、运力与需求匹配提供了参考方向.

基于复杂网络理论的广州轨道交通网络可靠性研究

城市轨道交通网络是由轨道线路和车站组成的复杂网络,利用复杂网络理论探讨轨道线网的可靠性对提升其可达性和运营效率有重要意义.采用space L方法对广州轨道交通网络进行了拓扑建模,计算分析了节点度、聚类系数、平均路径长度等指标及其分布规律,并重点研究了换乘车站故障情况下整个轨道交通网络受影响程度及可靠性.结果表明,现阶段广州轨道交通网络呈现随机网络的特征,换乘车站发生运营故障将严重影响网络中的较长距离出行,降低轨道交通网络的客流吸引度,广州轨道交通网络在换乘车站故障后其全局效率降低,局部效率不变,车站之间的紧密程度较差.

基于复杂网络的轨道交通路网可靠性仿真分析

首先通过引入复杂网络的相关特征指标,介绍了城市轨道交通路网的复杂网络特征;然后,设计了轨道交通网络仿真分析模型和路网连通可靠性评价指标,并以此为基础研究了轨道交通路网的失效仿真分析理论和方法;最后,以上海市2020年远景规划路网为例,标定了其网络类型,并对该路网的连通可靠性进行了仿真分析研究。将复杂网络理论应用到城市轨道交通领域中,可为轨道交通基础理论的研究开辟新的思路。

基于涌现和熵的城轨运营安全程度评判方法及应用研究

通过对城市轨道交通历史事故进行分析,提出基于复杂网络的城市轨道交通运营安全影响要素网络模型,以此为基点分析不同影响要素之间的关联,构建基于涌现的事故演化过程网;通过对该网动态特性研究,建立城市轨道交通运营系统安全程度动态评判模型;利用Matlab仿真软件,以列车脱轨影响要素演化过程为算例,对提出的模型进行验证。结果表明,系统的安全程度评判结果与实际情况吻合,验证了用复杂网络理论进行影响要素分析事故形成的可行性。